水能如何開發(fā)

水墨大壩 攝影/魏啟揚

水電開發(fā)的現(xiàn)狀和潛力

應(yīng)對氣候變化必須加快水電發(fā)展

哥本哈根聯(lián)合國氣候變化大會盡管僅達成了不具法律約束力的《哥本哈根協(xié)議》，但正如聯(lián)合國秘書長潘基文所說的“本次會議是朝著正確的方向邁出了一步”。中國為應(yīng)對氣候變化已制定了明確的減排目標(biāo)，即到2020年單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降40%～45%，并決定通過大力發(fā)展可再生能源，到2020年實現(xiàn)我國非化石能源占一次能源消費的比重達到15%左右。為兌現(xiàn)這一承諾，我國需要采取的關(guān)鍵措施之一就是大力發(fā)展可再生能源和核能。目前，中國核電在中國整個電力裝機中的比重不到2%，水電裝機容量的比重約為22%。

水電是可再生能源已經(jīng)無可爭辯。那么，水電與化石能源相比，減排作用到底有多大？一度電相當(dāng)于355克標(biāo)準煤釋放的熱量。但是我國原煤質(zhì)量不一，平均熱量為每公斤20920千焦，低于標(biāo)準煤釋放每公斤29288千焦。因此一度水電可以替代497克原煤。水電專家潘家錚院士曾算了一筆賬“1度電≈0.5千克煤”，即一度水電約可節(jié)約0.5千克原煤。以三峽工程為例，如果將三峽水電站替代燃煤電廠，相當(dāng)于7座260萬千瓦的火電站，每年可減少燃煤5000萬噸，少排放二氧化碳約1億噸，二氧化硫200萬噸，一氧化碳約1萬噸，氮氧化合物約37萬噸以及大量的工業(yè)廢物，這對減輕我國和周邊國家及地區(qū)的環(huán)境污染和酸雨等危害有巨大的作用。所以，就目前的現(xiàn)狀來看，水電開發(fā)是實現(xiàn)節(jié)能減排的首選。

水電優(yōu)勢和國際水電開發(fā)現(xiàn)狀

水電是可再生能源，相比其他能源擁有許多優(yōu)勢。因此，國際上一直高度重視發(fā)展水電。最早大量開發(fā)水電的是西方發(fā)達國家。美國早在20世紀初就興建了一批大壩，當(dāng)時，水電占全美電力供應(yīng)量的40%，水電裝機容量為9萬千瓦。華盛頓州全州水電裝機容量到1997年已達到了2183萬千瓦，占總發(fā)電裝機容量2625.3萬千瓦的83.2%?，F(xiàn)在，美國所有河流中只有一條黃石河尚未開發(fā)。

目前世界上有165個國家已明確將繼續(xù)發(fā)展水電，其中110個國家規(guī)劃建設(shè)規(guī)模達3.38億千瓦。發(fā)達國家因已基本完成水電開發(fā)任務(wù)，重點投入轉(zhuǎn)移到對已建水電站的更新改造、增加水庫的泄洪設(shè)施等，以提高防洪能力、調(diào)整電站運行調(diào)度、實施生態(tài)保護和修復(fù)，如北美、歐洲等不少國家。發(fā)展中國家多數(shù)制定了規(guī)劃，約在2025年左右基本完成水電開發(fā)任務(wù)，如亞洲、南美地區(qū)的發(fā)展中國家。欠發(fā)達國家和地區(qū)，雖然多數(shù)有豐富的水電資源，也一直致力于發(fā)展水電，但限于資金、技術(shù)等條件，大力開發(fā)水電仍然有很多困難，如非洲的不少國家。還有一些政局不穩(wěn)的國家，雖然急需發(fā)展水電，但限于國力等條件，推進非常緩慢。2008年世界上在建大壩有1200多座，其中60米以上大壩有370余座，主要分布在亞洲、南美等55個國家。據(jù)國際大壩委員會統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，目前世界平均已開發(fā)水電占其經(jīng)濟可開發(fā)量的比例為40%，歐美等發(fā)達國家平均為71%，發(fā)展中國家和欠發(fā)達國家開發(fā)水平則相對較低。

我國的水能資源和水電開發(fā)

中國的河流眾多，徑流豐沛、落差巨大，其中水能蘊藏量1萬千瓦以上的河流有3800多條。

水能資源蘊藏量十分豐富，約占全世界水能資源總量的1/6，居世界第一位。根據(jù)徑流量和落差估算，中國河流水能資源蘊藏量6.944億千瓦，全部開發(fā)后預(yù)計年發(fā)電量60829億千瓦時。全部開發(fā)是有很大難度的，但經(jīng)濟可開發(fā)水能資源的裝機容量預(yù)計為5.416億千瓦，可年發(fā)電量24740億千瓦時。

從第一座水電站建設(shè)至今，我國水電發(fā)展已歷百年。新中國成立前，雖有發(fā)展水電的需求，但由于國力衰微，只能艱難創(chuàng)業(yè)，在建設(shè)的量和質(zhì)方面都只是起步。1949年以前，我國高于15米以上的水庫大壩只有22座，且洪災(zāi)、旱災(zāi)是當(dāng)時我國面臨的心腹大患，雖然有大力發(fā)展水電的需要，但無力顧及。第二階段是從新中國成立算至改革開放始。我國在這一階段修建了大量的水庫大壩，是國際上修建水庫大壩最活躍的國家，但是修建水庫大壩的主要目的是防洪、灌溉等。相比之下，由于水電與火電相比，建設(shè)周期長、投資大、技術(shù)難、見效慢等原因，總體上發(fā)展緩慢、技術(shù)落后。第三階段是從改革開放至三峽、小浪底、二灘等特大型水庫大壩建成。我國水電發(fā)展在這一階段實現(xiàn)了質(zhì)的突破，由追趕世界水平到很多方面居于國際先進和領(lǐng)先，不少水庫大壩經(jīng)過了1998年大洪水、汶川大地震等的嚴峻考驗。而小灣等300米級高壩為代表的水電站建設(shè)標(biāo)志著我國進入了新的發(fā)展階段。這一階段水電站設(shè)計質(zhì)量高、建設(shè)速度快、施工質(zhì)量好。同時，成熟的開發(fā)技術(shù)和管理模式，突出了綜合效益。

湖北利川騰龍洞，水能資源豐富。 攝影/稅曉潔/CFP

氣候變化條件下更需開發(fā)水電

為了有效利用水能資源，在高落差的流域往往發(fā)展起接力式的梯級電站。水力發(fā)電利用的是水流的重力勢能，梯級開發(fā)就如同一隊站在不同臺階上的人，站在最高處的人把一桶水倒至比自己低一階的桶里，第二個人繼續(xù)往低一階傳遞。只要存在水頭差，上一級電站使用過的水流就仍可為下一級電站利用。這樣根據(jù)河流各段不同落差，逐級修建水壩，以集中落差，調(diào)節(jié)流量，可以達到河流水力資源的合理開發(fā)和綜合利用。例如，1933年，美國政府組建田納西流域管理局，對田納西流域進行綜合開發(fā)和管理。十幾年的時間，在田納西干支流上建起54座水庫、30座水電站、9個梯級13座船閘，使其成為一個具有防洪、航運、發(fā)電等綜合效益的水利網(wǎng)，把水患連年、貧窮落后的田納西河流域變成了一個經(jīng)濟較發(fā)達地區(qū)。

河流（特別是大江大河）開發(fā)是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程。要求全面規(guī)劃，協(xié)調(diào)好干支流、上中下游、庫容和裝機容量與淹沒損失，以及發(fā)電與防洪、灌溉、航運、供水、生態(tài)環(huán)境多方面的關(guān)系，綜合利用資源。所以，有效的梯級開發(fā)會對整個流域產(chǎn)生持久的正面影響。以烏江為例，全長1037公里，流域面積87920平方公里，集中落差2124米，水量與黃河相當(dāng)，是名副其實的水電“富礦”。根據(jù)國家批準的《烏江干流規(guī)劃報告》，烏江干流擬建11座梯級水電站，總裝機容量879.5萬千瓦。依次為北源六沖河上的洪家渡水電站，南源三岔河上的普定、引子渡水電站，干流上的東風(fēng)、索風(fēng)營、烏江渡、構(gòu)皮灘、思林、沙沱、彭水、大溪口水電站。烏江流域的整體開發(fā)，將更有利于統(tǒng)籌規(guī)劃，有利于實現(xiàn)水電開發(fā)經(jīng)濟、環(huán)保、社會效益的最優(yōu)化。

外賓們被三峽工程所震撼，紛紛在此留影 攝影/陳文

典型國家的人均庫容

積極開發(fā)水電，加快儲水設(shè)施建設(shè)

發(fā)展水電離不開修建水庫大壩。聯(lián)合國定義了一個人類發(fā)展指數(shù)以綜合反映各國人均的GDP、壽命和教育水平。把各國人類發(fā)展指數(shù)與人均水庫庫容進行比較可以發(fā)現(xiàn)，對絕大多數(shù)國家而言，一個國家或地區(qū)水庫大壩發(fā)展水平與國家人類發(fā)展水平呈較強的正相關(guān)。人類發(fā)展指數(shù)大于0.9的國家，人均庫容擁有量平均為3184立方米，人類發(fā)展指數(shù)介于0.7～0.8的國家，人均庫容擁有量平均為541立方米，如中國2007年人類發(fā)展指數(shù)為0.772，在182個國家中列第92位，人均庫容528立方米，人類發(fā)展指數(shù)介于0.5～0.6的國家，人均庫容擁有量僅為125立方米。這與聯(lián)合國人類發(fā)展報告中所指出的“全球水基礎(chǔ)設(shè)施的分布與全球水風(fēng)險的分布呈反比關(guān)系”是一致的。因此儲水設(shè)施建設(shè)通常既是推動發(fā)展的關(guān)鍵因素，同時也是經(jīng)濟社會發(fā)展的自然結(jié)果。隨著人口的增加和城市化的進一步發(fā)展，全球每年預(yù)計需要增加640億立方米的供水量。不少人把河道變干歸因于水庫，這其實是一種誤解，河道干涸的主要原因是人口不斷增加引起的總用水量持續(xù)上升，是區(qū)域發(fā)展超越水資源承載力的表現(xiàn)。要實現(xiàn)供水安全和生態(tài)良好的目標(biāo)，必須提高用水效率和增加雨洪利用，必須進一步修建足夠的儲水設(shè)施。因此，加快水電資源的開發(fā)利用既是發(fā)展清潔能源的需要，也是解決日益嚴峻的水安全問題的途徑之一，必會被更多的國家所重視。